[發明專利]用于捕獲一個或多個空氣顆粒的3D數據的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210220301.6
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102853985B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: E.H.L.索倫森
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/06;G01M9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 馬永利,劉春元

技術領域

本發明涉及一種捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的方法。另外，本發明涉及一種用于執行該方法的裝置。

背景技術

捕獲大規模或者小規模3D風力數據例如對于確認風洞中的模型或者其它物品的空氣動力學性質而言是重要的。另外，能夠在風力渦輪機的控制系統中使用3D風力數據以優化風力渦輪機效率或者為了抵消預期負荷而采取措施。

US?2006/0140764?A1描述了一種具有用于實現風力控制的LIDAR（光探測和測距）風速測量設備的風力渦輪機。LIDAR最通常地用于捕獲風速和方向數據，但是它被限制為線條上的點或者對于較新的版本是二維平面。因此，為了捕獲在體積內的3D數據，有必要利用激光雷達設備掃描該體積。

發明內容

本發明的目的在于提供一種捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的有利方法。本發明進一步的目的在于提供一種用于捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的有利裝置。

利用根據權利要求1的捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的方法解決第一個目的。利用在權利要求9中要求保護的用于捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的裝置解決第二個目的。從屬權利要求包含本發明的進一步的發展。

在捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的本發明方法中，可以是自然顆粒（類似塵土顆粒或者水滴或者有意地引入的示蹤劑顆粒）的一個或者多個空氣顆粒的至少一個圖像由全光照相機拍攝，該全光照相機的照相機光學裝置的幾何形狀和光學參數是已知的。通過與全光照相機的光學裝置的已知幾何形狀和光學性質一起地使用所捕獲的圖像，帶有一個或者多個空氣顆粒中的至少一個所選顆粒的焦平面距限定的參考位置例如距照相機的圖像傳感器的平面的距離得以確定。

在由全光照相機拍攝的圖像中，位于焦平面內的顆粒看起來將是清晰的，而位于焦平面后面或者前面的那些顆粒看起來將是模糊的和離焦的。而且，在由全光照相機拍攝的圖片中，包括了關于由照相機捕獲的情景的光場信息。這種光場信息能夠用于通過后處理來對所捕獲的圖像進行重新聚焦。換言之，該圖像包含允許通過圖像的后處理前后地移動焦平面的光場信息。在全光照相機內的光學裝置的光學性質和幾何形狀已知的情形中，能夠確定通過后處理設定的焦平面距參考位置類似例如距圖像傳感器的平面的距離。因此，通過捕獲單個圖像并且通過在前后地移動焦平面而進行后處理，能夠對于物體空間中的給定體積確定位于相應的焦平面中的空氣顆粒的距離。

而且，如果空氣顆粒距參考位置比如圖像平面的位置的距離是已知的，則能夠將相應的顆粒距圖像中的光軸的距離轉換成在物體空間中真實物體距光軸的延伸的距離。因此，在本發明方法的進一步的發展中，不僅所選的一個或者多個顆粒距限定的參考位置的距離得以確定，而且所選的一個顆粒或者所選的多個顆粒相對于在焦平面內的光軸的位置也得以確定。

利用本發明方法，一個或者多個空氣顆粒的相繼圖像可以由全光照相機拍攝。然后，通過與全光照相機的光學裝置的已知幾何形狀和光學性質一起地使用相繼捕獲的圖像，可以相繼地確定一個或者多個空氣顆粒中的該至少一個所選顆粒的焦平面距限定的參考位置的相繼距離。換言之，全光照相機可以被用于捕獲一個或者多個所選顆粒沿著平行于照相機光學裝置的光軸的方向的運動。而且，可以通過與全光照相機的已知幾何形狀和已知光學性質一起地使用相繼捕獲的圖像來確定該至少一個所選顆粒在焦平面內的相繼位置。有關平行和垂直于全光照相機光學裝置的光軸的相繼位置的信息可以用于確定該至少一個所選顆粒的三維速度矢量場。該三維速度矢量場能夠接著用于導出三維風力數據。這種風力數據能夠例如在評價物品例如風洞中的模型的空氣動力學性質時使用，或者能夠在風力渦輪機的控制系統中得到處理以便優化風力渦輪機效率或者減小作用于風力渦輪機上的負荷。

為了提供能夠捕獲其3D數據以導出風力數據的空氣顆粒，可以在要捕獲三維風力數據的位置處或者靠近該位置處將示蹤劑顆粒播撒到風中以便形成其三維速度矢量場得以確定的空氣顆粒。

一種用于捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的發明裝置包括：全光照相機和處理單元，該處理單元被連接到全光照相機并且適于執行捕獲一個或者多個空氣顆粒的3D數據的本發明方法。作為選項，本發明裝置可以進一步包括示蹤劑顆粒噴射機構。然而，通常地，本發明方法還能夠與自然空氣顆粒比如塵土顆粒、冰粒、水滴等一起使用。